实验八 干燥实验

流化干燥实验实验目的1、熟悉在流化床干燥器内干燥小麦的操作过程；2、测定流化床干燥器的流化曲线，即床层压降与气速的关系；3、确定小麦的含水率X和床层温度t床随时间τ的变化关系；4、测定小麦的干燥速率曲线。实验原理1、流化曲线在实验中，可以通过测量不同空气流量下的床层压降，得到流化床床层压降与气速的关系曲线当气速较小时，操作过程处于固定床阶段（即AB段），床层基本静止不动，气体只能从床层空隙中流过，压降与流速成正比，斜率约为1（在双对数坐标系中）。当气速逐渐增加（进入BC段），床层开始膨胀，空隙率增大，压降与气速的关系将不再成比例。当气速继续增大，进入流化阶段（即CD段），固体颗粒随气体流动而悬浮运动，随着气速的增加，床层的高度逐渐增加，但床层压降基本保持不变，等于单位面积的床层净重。当气速增大至某一值后（D点），床层压降将减小，颗粒逐渐被气体带走，此时，便进入了气流输送阶段。D点处的流速即被称为带出速度（uo）。在流化状态下降低气速，压降与气速的关系线将沿图一的DC线返回至C点。若气速继续降低，曲线将无法按CBA继续变化，而是沿CA’变化。C点处的流速即被称为起始流化速度（umf）。在生产操作中，气速应介于起始流化速度与带出速度之间，此时床层压降保持恒定，这是流化床的重要特点。据此，可以通过测定床层压降来判断床层流化的优劣。实验原理2、干燥特性曲线将湿物料置于一定的干燥条件下，测定被干燥物料的重量和温度随时间的变化关系，可得到物料含水量（X）与时间（τ）的关系曲线及物料温度（θ）与时间（τ）的关系曲线（如图4-7-2）。物料含水量与时间关系线的斜率即为干燥速率（u）。将干燥速率对物料含水量作图，即为干燥速率曲线（如图4-7-3）。干燥过程可分三个阶段：(1)物料预热阶段：（即AB段）在开始干燥时，有一较短的预热阶段，空气中部分热量用来加热物料，物料含水量随时间变化不大。(2)恒速干燥阶段：（即BC段）由于物料表面存在有自由水分，物料表面温度等于空气的湿球温度，传入的热量只用来蒸发物料表面的水分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且最大。(3)降速干燥阶段：（即CDE段）物料中含水量减少到某一临界含水量（X0），由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持湿润，而形成干区，干燥速率开始降低，物料温度逐渐上升。物料含水量越小，干燥速率越慢，直至达到平衡含水量（X*）而终止。uDCBA干燥速率[kg水/m·h]时间[]含水率[kg水/kg绝干物料]物料温度x0x*E含水率x[kg水/kg绝干物料]实验原理干燥速率为单位时间在单位面积上汽化的水分量，用微分式表示为：（4-7-1）式中：u——干燥速率，kg水/m2.s；A——干燥表面积，m2；dτ——相应的干燥时间，s；dw——汽化的水分量，kg。dAdWu图4-7-3中的横坐标X为对应于某干燥速率下的物料的平均含水量。21iiXXX式中：——某一干燥速率下湿物料的平均含水量；Xi、Xi+1——分别为△τ时间间隔内开始和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料。cicisiiGGGX式中：Gsi——第i时刻取出的湿物料的质量，kg；Gci——第i时刻取出的物料的绝干质量，kg。干燥速率曲线只能通过实验测定，因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还受物料性质结构及含水分性质的影响。本实验装置为间歇操作的沸腾床干燥器，可测定欲达到一定干燥要求所需的时间，为工业上连续操作的流化床干燥器提供相应的设计参数。实验装置及流程1、风机2、湿球温度计3、干球温度计4、空气加热器5、加热后空气温度测点6、空气流量调节阀7、放净口8、取样口9、不锈钢筒体10、玻璃筒体11、气固分离段12、加料口13、旋风分离器14、孔板流量计（d0=20mm）操作要点干燥实验⑴取0.5kg干小麦放入热水中浸泡120分钟增至约0.75kg，取出后用布吸干表面水分；⑵打开顶部进料口，加入待干燥小麦，再关闭进料口；⑶设定干燥小麦的热空气温度约为65℃，启动风机及加热器，几分钟后空气温度稳定在设定值；⑷改变空气流量调节阀，使孔板压降保持在某一数值（约3.5kPa）,待小麦开始流化后，进行第一次取样，同时记录相关操作参数；⑸每次取出样品10g左右，放入密闭小盒内，称量湿重后放入烘箱将物料烘至绝干；⑹间隔4～5分钟取样一次，共做10组数据，完成后，关闭加热器和风机；⑺将所有样品放入烘箱，设定箱内温度为120℃，1小时后烘至绝干，称重。2、流化床水力学性能实验⑴向干燥器内加入固体物料或使用干燥实验中剩余的物料；⑵只开启风机，调节空气流量，测定8～10组不同空气流量下的床层压降（上行/下行）。实验数据处理（一）流化曲线测定表1：上行实验序号空气温度[℃]空气压力[kPa]孔板压降[kPa]床层压降[kPa]空气流速[m/s]126.10.60.090.170.24225.90.80.160.270.33326.61.00.260.390.42427.91.20.370.540.51529.91.50.510.690.61631.61.70.610.810.67732.82.00.730.930.74833.52.81.120.800.93933.93.21.330.791.021033.83.71.560.791.121133.64.11.790.801.211233.64.82.140.691.331333.85.92.590.751.481434.16.72.960.711.601534.67.93.430.751.741634.98.94.020.831.90表2：下行实验序号空气温度[℃]空气压力[kPa]孔板压降[kPa]床层压降[kPa]空气流速[m/s]140.58.13.640.781.78240.96.93.060.841.61341.35.42.470.781.42441.65.02.220.751.34541.74.21.860.771.21641.73.61.510.791.08741.72.91.200.790.95841.92.61.020.720.87942.42.20.870.640.801042.51.90.730.560.721142.21.60.550.440.621242.01.30.390.330.521341.91.00.260.240.411441.70.80.150.160.31以第一组数据为例：结果图象：62.915.08.268.2654.054.01,PQair34.036001.041416.362.936004221,dQuair空气流量m3/h空气流速m/s二、确定干燥特性曲线（X～τ、t床～τ、u～）：小麦比表面积α=1.23m2/kg干小麦X平均含水率序号取样时间τ[min]床层温度t床[℃]湿物料量Gs[g]干物料重Gc[g]含水率X[kg水/kg干物料][kg水/kg干小麦]干燥速率u[10-4kg/m2•s]1027.613.478.620.5632539.59.996.670.4980.5313945.410.037.040.4250.4622.33741348.610.027.220.3880.4071.86351751.09.997.490.3340.3611.54162153.510.037.710.3010.3181.47472555.69.997.860.2710.2861.06782957.010.018.110.2340.2531.13593358.39.988.210.2160.2250.932103759.110.008.300.2050.2110.491113959.69.988.380.1910.1980.847425.004.704.703.103ccsGGGX462.02425.0498.02323XXX337.2605923.1462.0531.023323XXXu以第三组数据为例：含水率kg水/kg干绿豆kg水/kg干绿豆说明：为减小误差，本实验求取干燥速率时，使用平均含水率。平均含水率干燥速率10-4kg/m2•s结果图象：05101520253035404525303540455055600.150.200.250.300.350.400.450.500.550.60床层温度t床时间/min床层温度含水率含水率图二小麦含水率、床层温度曲线0.200.250.300.350.400.450.500.51.01.52.02.5干燥速率10-4kg/m2s平均含水率kg/kg图三干燥速率曲线